(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板上に形成され、転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であるＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層上に形成されたショットキー電極とを備え、
前記ショットキー電極は、前記ＧａＮ層と接触する位置に形成され、かつＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含み、
前記ＧａＮ層と前記第１の層との間に、前記ＧａＮ層上に前記第１の層を形成した状態で３００℃〜６００℃の熱処理を行うことで形成されたショットキー界面を有する、ショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記ＧａＮ層において前記ショットキー電極と接触する領域の転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下である、請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記ショットキー電極は、前記第１の層上に形成され、かつＡｕを含む第２の層をさらに含む、請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
前記ＧａＮ層上に形成され、内部に前記ショットキー電極が形成された開口部が形成されている絶縁層と、
前記ショットキー電極に接続するとともに、前記絶縁層に重なるように形成されたフィールドプレート電極とをさらに備えた、請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
ＧａＮ層と、
前記ＧａＮ層上に形成されたショットキー電極とを備え、
前記ＧａＮ層において前記ショットキー電極と接触する領域の転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下であり、
前記ショットキー電極は、前記ＧａＮ層と接触する位置に形成され、かつＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含み、
前記ＧａＮ層と前記第１の層との間に、前記ＧａＮ層上に前記第１の層を形成した状態で３００℃〜６００℃の熱処理を行うことで形成されたショットキー界面を有する、ショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
前記ＧａＮ層において前記ショットキー電極と接する面と反対側の面に接触するＧａＮ基板をさらに備えた、請求項５に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
前記ショットキー電極は、前記第１の層上に形成され、かつＡｕを含む第２の層をさらに含む、請求項５に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項８】
前記ＧａＮ層上に形成され、内部に前記ショットキー電極が形成された開口部が形成されている絶縁層と、
前記ショットキー電極に接続するとともに、前記絶縁層に重なるように形成されたフィールドプレート電極とをさらに備えた、請求項５に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項９】
ＧａＮ基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ基板の主面上に転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であるＧａＮ層を形成する工程と、
前記ＧａＮ層の主面上に接触するＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含むショットキー電極を形成する工程とを備え、
前記ショットキー電極を形成する工程は、前記ショットキー電極となるべき金属層を形成する工程と、常圧または加圧雰囲気で前記ＧａＮ基板の裏面側から前記金属層を熱処理して、前記金属層を前記第１の層を含む前記ショットキー電極に形成する工程とを含む、ショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記ＧａＮ基板を準備する工程では、転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下である前記ＧａＮ基板を準備する、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記金属層を熱処理する工程では、３００℃以上６００℃以下の温度で前記金属層を熱処理する、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１２】
前記金属層を熱処理する工程では、４００℃以上５５０℃以下の温度で前記金属層を熱処理する、請求項１１に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記金属層を形成する工程と、前記熱処理する工程とを並行して行なう、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記金属層を熱処理する工程では、２００℃以上６００℃以下の温度で前記金属層を熱処理する、請求項１３に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１５】
前記金属層を熱処理する工程では、窒素を含む雰囲気で前記金属層を熱処理する、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記ショットキー電極を形成する工程は、前記第１の層上に、Ａｕを含む第２の層を形成する工程をさらに含む、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記ＧａＮ層上に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記ショットキー電極に接続するとともに、前記絶縁層に重なるようにフィールドプレート電極を形成する工程とをさらに備え、
前記金属層を形成する工程では、前記絶縁層の前記開口部の内部に前記ＧａＮ層と接するように前記金属層を形成する、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記金属層を形成する工程に先立って、前記ＧａＮ層を熱処理する工程、およびプラズマＣＶＤ法により前記ＧａＮ層上に絶縁層を形成する工程の少なくとも一方をさらに備えた、請求項９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項１９】
ＧａＮ層を準備する工程と、
前記ＧａＮ層の主面上に接触するＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含むショットキー電極を形成する工程とを備え、
前記ＧａＮ層を準備する工程は、前記ショットキー電極と接触する領域の転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下である前記ＧａＮ層を準備する工程を含み、
前記ショットキー電極を形成する工程は、前記ショットキー電極となるべき金属層を形成する工程と、常圧または加圧雰囲気で前記ＧａＮ層の裏面側から前記金属層を熱処理して、前記金属層を前記第１の層を含む前記ショットキー電極に形成する工程とを含む、ショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２０】
ＧａＮ基板を準備する工程をさらに備え、
前記ＧａＮ層を準備する工程では、前記ＧａＮ基板上に前記ＧａＮ層をエピタキシャル成長する、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２１】
前記金属層を熱処理する工程では、３００℃以上６００℃以下の温度で前記金属層を熱処理する、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２２】
前記金属層を熱処理する工程では、４００℃以上５５０℃以下の温度で前記金属層を熱処理する、請求項２１に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２３】
前記金属層を形成する工程と、前記熱処理する工程とを並行して行なう、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２４】
前記金属層を熱処理する工程では、２００℃以上６００℃以下の温度で前記金属層を熱処理する、請求項２３に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２５】
前記金属層を熱処理する工程では、窒素を含む雰囲気で前記金属層を熱処理する、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２６】
前記ショットキー電極を形成する工程は、前記第１の層上に、Ａｕを含む第２の層を形成する工程をさらに含む、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２７】
前記ＧａＮ層上に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記ショットキー電極に接続するとともに、前記絶縁層に重なるようにフィールドプレート電極を形成する工程とをさらに備え、
前記金属層を形成する工程では、前記絶縁層の前記開口部の内部に前記ＧａＮ層と接するように前記金属層を形成する、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項２８】
前記金属層を形成する工程に先立って、前記ＧａＮ層を熱処理する工程、およびプラズマＣＶＤ法により前記ＧａＮ層上に絶縁層を形成する工程の少なくとも一方をさらに備えた、請求項１９に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーバリアダイオードおよびショットキーバリアダイオードの製造方法に関し、たとえば耐圧を向上したショットキーバリアダイオードおよびショットキーバリアダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて約３倍のバンドギャップ、約１０倍の高い絶縁破壊電界強度、さらに大きな飽和電子速度などの様々な優れた特性を有している。ＧａＮは、従来のＳｉパワーデバイスでは困難な高耐圧化と、低損失化、すなわち低オン抵抗化との両立が期待できるため、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）などのパワーデバイス（電力用半導体素子）への応用が期待されている。【０００３】
このようなショットキーバリアダイオードとして、サファイア基板と、このサファイア基板上に形成されたバッファ層と、このバッファ層上に形成されたアンドープＧａＮ層と、このアンドープＧａＮ層上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、このｎ型ＧａＮ層上に形成されたニッケル（Ｎｉ）またはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）よりなるショットキー電極とを備えたショットキーバリアダイオードが開示されている（たとえば非特許文献１）。この非特許文献１には、ショットキー電極を熱処理することでバリアハイトが高くなることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Q.Z.Liu,  L.S.Yu,  et  al.,  "Ni  and  Ni  silicide  Schottky  contacts  on  n-GaN",  JOURNAL  OF  APPLIED  PHYSICS  VOLUME  84,  NUMBER  2,  15  JULY  1998,  pp.881-886
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記非特許文献１では、サファイア基板上にｎ型ＧａＮ層を形成している。サファイアとＧａＮとの格子定数、転位密度などが異なっているため、一般的にサファイア基板上に形成されたＧａＮ層の結晶性は悪い。また上記非特許文献１では、ｎ型ＧａＮ層の結晶性を向上するための手法は開示されていない。このため、上記非特許文献１に開示のｎ型ＧａＮ層は、その結晶性が悪いため、ショットキーバリアダイオードの耐圧を十分に向上できないという問題があった。【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐圧を向上できるショットキーバリアダイオードおよびショットキーバリアダイオードの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は鋭意研究の結果、上記非特許文献１のショットキーバリアダイオードの耐圧を向上できない理由は、ショットキー電極と接触するＧａＮ層の転位密度が高いことに起因することを見出した。つまり、ＧａＮ層の転位密度が高いと、ショットキー電極のバリアハイトが上昇しても逆方向リーク電流が大きくなる。また、本発明者は鋭意研究の結果、ショットキー電極と接触するＧａＮ層の転位密度による逆方向リーク電流の増加が、ショットキーバリアダイオードの耐圧に大きく影響する要因であることを見出した。その結果、上記非特許文献１のようにショットキー電極のバリアハイトが増加した場合であっても、この逆方向リーク電流によりショットキーバリアダイオードの耐圧を十分に向上できない。【０００８】
そこで、本発明の一の局面におけるショットキーバリアダイオードは、ＧａＮ基板と、このＧａＮ基板上に形成されたＧａＮ層と、このＧａＮ層上に形成されたショットキー電極とを備えている。ショットキー電極は、ＧａＮ層と接触する位置に形成され、かつＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含んでいる。【０００９】
また本発明の一の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法によれば、以下の工程を備えている。まず、ＧａＮ基板が準備される。ＧａＮ基板上にＧａＮ層が形成される。ＧａＮ層上に接触するＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含むショットキー電極が形成される。ショットキー電極を形成する工程は、ショットキー電極となるべき金属層を形成する工程と、金属層を熱処理して、金属層を、第１の層を含むショットキー電極に形成する工程とを含んでいる。【００１０】
本発明の一の局面におけるショットキーバリアダイオードおよびショットキーバリアダイオードの製造方法によれば、ＧａＮ基板上にＧａＮ層が形成されている。下地基板と成長させた層とが同じ組成であるので、ＧａＮ層の転位密度を低減することができる。このため、ショットキーバリアダイオードに逆バイアスが印加されたときに、逆方向リーク電流を減少することができる。【００１１】
また本発明者は、熱処理をすることでバリアハイトを効果的に増加することができるショットキー電極がＮｉまたはＮｉ合金であることを見出した。このため、ＧａＮ層と接触する位置にＮｉまたはＮｉ合金を形成することにより、ショットキー電極のバリアハイトを効果的に増加することができる。【００１２】
したがって、ショットキーバリアダイオードに逆バイアスが印加されたときに、転位による逆方向リーク電流が少ないため、ショットキー電極のバリアハイトの上昇により、ショットキーバリアダイオードの耐圧を向上することができる。【００１３】
上記一の局面におけるショットキーバリアダイオードにおいて好ましくは、ＧａＮ層においてショットキー電極と接触する領域の転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下である。【００１４】
また上記一の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、ＧａＮ基板を準備する工程では、転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であるＧａＮ基板を準備する。【００１５】
本発明者は鋭意研究の結果、ショットキー電極と接触する領域の転位密度を低減することにより、逆方向リーク電流を低減できることを見出した。また本発明者は鋭意研究の結果、この逆方向リーク電流を低減できる効果をより効果的に発現するのは、ショットキー電極と接触する領域の転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であることを見出した。このため、ショットキーバリアダイオードの耐圧をより向上することができる。【００１６】
なお、下地基板であるＧａＮ基板の転位密度をＧａＮ層は引き継ぐ。このため、ＧａＮ基板の転位密度を１×１０8ｃｍ-2以下とすることで、その上に形成されたＧａＮ層の転位密度を１×１０8ｃｍ-2以下にすることができる。【００１７】
本発明の他の局面におけるショットキーバリアダイオードは、ＧａＮ層と、ＧａＮ層上に形成されたショットキー電極とを備えている。ＧａＮ層においてショットキー電極と接触する領域の転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下であり、ショットキー電極は、ＧａＮ層と接触する位置に形成され、かつＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含んでいる。【００１８】
本発明の他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法は、以下の工程を備えている。まず、ＧａＮ層が準備される。ＧａＮ層上に接触するＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層を含むショットキー電極が形成される。ＧａＮ層を準備する工程は、ショットキー電極と接触する領域の転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であるＧａＮ層を準備する工程を含んでいる。ショットキー電極を形成する工程は、ショットキー電極となるべき金属層を形成する工程と、金属層を熱処理して、金属層を、第１の層を含むショットキー電極に形成する工程とを含んでいる。【００１９】
上述したように、本発明者はショットキー電極と接触する領域の転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であると、逆方向リーク電流を大きく低減できることを見出した。また、ショットキー電極として熱処理されることによりバリアハイトを増加できるＮｉまたはＮｉ合金を用いている。したがって、ショットキーバリアダイオードに逆バイアスが印加されたときに、転位による逆方向リーク電流が少ないため、ショットキー電極のバリアハイトの上昇により、ショットキーバリアダイオードの耐圧を向上することができる。【００２０】
上記他の局面におけるショットキーバリアダイオードにおいて好ましくは、ＧａＮ層においてショットキー電極と接する面と反対側の面に接触するＧａＮ基板をさらに備えている。【００２１】
上記他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、ＧａＮ基板を準備する工程をさらに備え、ＧａＮ層を準備する工程では、ＧａＮ基板上にＧａＮ層をエピタキシャル成長する。【００２２】
下地基板と成長する層とが同じ組成であるので、ＧａＮ層の転位密度を低減することができる。このため、ショットキーバリアダイオードに逆バイアスが印加されたときに、逆方向リーク電流をより低減することができる。したがって、ショットキーバリアダイオードの耐圧をより向上することができる。【００２３】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードにおいて好ましくは、ショットキー電極は、第１の層上に形成され、かつ金（Ａｕ）を含む第２の層をさらに含んでいる。【００２４】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、ショットキー電極を形成する工程は、第１の層上に、Ａｕを含む第２の層を形成する工程をさらに含んでいる。【００２５】
Ａｕは電気抵抗が小さいため、配線との接続等に好適に用いられる。このため、ショットキーバリアダイオードを備えたデバイスに好適に用いることができる。【００２６】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードにおいて好ましくは、ＧａＮ層上に形成され、内部にショットキー電極が形成された開口部が形成されている絶縁層と、ショットキー電極に接続するとともに、絶縁層に重なるように形成されたフィールドプレート電極とをさらに備えている。【００２７】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、ＧａＮ層上に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、ショットキー電極に接続するとともに、絶縁層に重なるようにフィールドプレート（ＦＰ）電極を形成する工程とをさらに備え、金属層を形成する工程では、絶縁層の開口部の内部にＧａＮ層と接するように金属層を形成する。【００２８】
このようにフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードにおいて、本発明のＧａＮ層の転位密度が低いので、逆方向リーク電流を減少することができる。この条件下では、フィールドプレート構造による電界緩和が起こる。その結果、逆方向リーク電流がさらに減少し、逆方向耐電圧を上昇させることができる。【００２９】
ここでフィールドプレート構造とは、絶縁層と、この絶縁層上に形成されたフィールドプレート電極とによって構成される構造である。フィールドプレート電極はショットキー電極と電気的に接続されており、ショットキー電極とフィールドプレート電極とは同電位である。フィールドプレート構造によって、デバイス破壊の原因となる動作時のショットキー電極端部での電界集中を緩和し、ショットキーバリアダイオードの高耐圧化および高出力化を可能としている。絶縁層の材質は、たとえばＳｉＮxとすることができる。【００３０】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、金属層を熱処理する工程では、３００℃以上６００℃以下の温度で金属層を熱処理する。またより好ましくは、金属層を熱処理する工程では、４００℃以上５５０℃以下の温度で金属層を熱処理する。【００３１】
３００℃以上６００℃以下の温度範囲で熱処理することによって、ショットキー電極のバリアハイトを効果的に増加することができる。４００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱処理することによって、ショットキーバリアハイトをより効果的に増加することができる。このため、ショットキーバリアダイオードの耐圧をより向上することができる。【００３２】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、金属層を形成する工程と、熱処理する工程とを並行して行なう。【００３３】
これにより、金属層を形成する際に加えられる熱を利用して、金属層を熱処理することができる。このため、ショットキー電極を形成するために要するエネルギーを低減することができる。また、工程を簡略化してショットキーバリアダイオードを製造することができる。【００３４】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、上記金属層を熱処理する工程では、２００℃以上６００℃以下の温度で金属層を熱処理する。【００３５】
金属層を形成する工程と、熱処理する工程とを並行して行なう場合には、金属層を形成する際に加えられる熱を利用することができるので、低い温度でもショットキーバリアハイトを増加することができる。つまり、２００℃以上６００℃以下の温度範囲で熱処理することによって、ショットキーバリアハイトを効果的に増加することができる。このため、ショットキーバリアダイオードの耐圧をより向上することができる。【００３６】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、金属層を熱処理する工程では、窒素を含む雰囲気で金属層を熱処理する。【００３７】
これにより、ＧａＮ層に熱が加えられた際にＧａＮ層からＮ（窒素）が抜けることを抑制することができる。このため、熱処理を行なっても、ＧａＮ層からＮが抜けることによる転位などの欠陥が形成されることを抑制することができる。したがって、逆方向リーク電流の増加を抑制することができる。【００３８】
上記一および他の局面におけるショットキーバリアダイオードの製造方法において好ましくは、金属層を形成する工程に先立って、ＧａＮ層を熱処理する工程、およびプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition：化学蒸着）法によりＧａＮ層上に絶縁層を形成する工程の少なくとも一方をさらに備えている。【００３９】
本発明者は鋭意研究の結果、金属層を形成する前に、ＧａＮ層を熱処理する、およびプラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層上に絶縁層を形成することにより、その後に形成した金属層のバリアハイトを向上できることを見い出した。このため、ショットキーバリアダイオードの耐圧をより向上することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のショットキーバリアダイオードおよびショットキーバリアダイオードの製造方法によれば、ショットキーバリアダイオードに逆バイアスが印加されたときに、転位による逆方向リーク電流が少ないため、ショットキー電極のバリアハイトの上昇により、ショットキーバリアダイオードの耐圧を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における別のショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を工程順に示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を工程順に示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を工程順に示すフローチャートである。
【図１０】比較例２のショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。
【図１１】実施例２において熱処理温度とバリアハイトの高さとの関係を示す図である。
【図１２】実施例１において逆方向電圧と電流密度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。図２は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す斜視図である。なお、図１は、図２における線分Ｉ−Ｉ線に沿った断面図である。図１および図２に示すように、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）１は、ＧａＮ基板２と、ＧａＮ基板２の表面２ａ上に形成されたＧａＮ層３と、このＧａＮ層３上に形成されたショットキー電極４と、ＧａＮ基板２の裏面２ｂ下に形成されたオーミック電極６とを備えている。
【００４４】
ＧａＮ基板２は、表面２ａと裏面２ｂとを有している。ＧａＮ基板２中の転位密度は、低いほど好ましく、たとえば１×１０8ｃｍ-2以下であることが好ましく、１×１０7ｃｍ-2以下であることがより好ましく、１×１０6ｃｍ-2以下であることがより一層好ましい。ＧａＮ基板２上に形成されたＧａＮ層３の転位密度を同様に低減できるため、ＧａＮ基板２の転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下の場合にはＧａＮ層３の転位密度を１×１０8ｃｍ-2以下に低減でき、ＧａＮ基板２の転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下の場合にはＧａＮ層３の転位密度を１×１０7ｃｍ-2以下に低減でき、ＧａＮ基板２の転位密度が１×１０6ｃｍ-2以下の場合にはＧａＮ層３の転位密度を１×１０6ｃｍ-2以下に低減できる。
【００４５】
なお、現状では、ＧａＮ基板２の転位密度の下限値は、たとえば１×１０3ｃｍ-2程度である。
【００４６】
ここで、本実施の形態における転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定することができる。
【００４７】
ＧａＮ基板２は、たとえば自立基板であり、たとえば１００μｍ以上の厚みを有している。また、ＧａＮ基板２のキャリア濃度は、たとえば１×１０16ｃｍ-3程度である。
【００４８】
ＧａＮ層３においてショットキー電極４と接触する領域３ｃの転位密度は、低いほど好ましく、たとえば１×１０8ｃｍ-2以下であることが好ましく、１×１０7ｃｍ-2以下であることがより好ましく、１×１０6ｃｍ-2以下であることがより一層好ましい。この領域３ｃの転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下の場合、ショットキーバリアダイオード１に逆バイアスが印加されたときの逆方向リーク電流を低減することができる。領域３ｃの転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下の場合、逆方向リーク電流をより低減することができる。領域３ｃの転位密度が１×１０6ｃｍ-2以下の場合、逆方向リーク電流をより一層低減することができる。
【００４９】
なお、現状では、ＧａＮ層３の転位密度の下限値は、たとえば１×１０3ｃｍ-2程度である。
【００５０】
ＧａＮ層３は、たとえば５μｍ程度の厚みを有している。ＧａＮ層３の導電型は特に限定されないが、容易に形成できる観点からｎ型であることが好ましい。
【００５１】
ショットキー電極４は、ＧａＮ層３と接触する位置に形成され、かつＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層（たとえば図１におけるショットキー電極４全体、図３における第１の層４ａ）を含んでいる。このショットキー電極４は、ＧａＮ層３とショットキー接合を形成する。このショットキー電極４の第１の層のバリアハイトは高いほど好ましく、たとえば０．８３ｅＶ以上１．２０ｅＶ以下であり、実現が容易である観点からは０．８３ｅＶ以上０．９８ｅＶ以下である。
【００５２】
図３は、本実施の形態における別のショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。図３に示すように、ショットキー電極４は、ＧａＮ層３と接触する位置に形成された第１の層４ａと、第１の層４ａ上に形成された第２の層４ｂとを含んでいてもよい。この場合、第１の層４ａはＮｉまたはＮｉ合金よりなり、第２の層４ｂは任意の金属よりなる。第２の層４ｂは、Ａｕよりなることが好ましい。なお、ショットキー電極４は、第２の層４ｂの上に、さらに別の層が１層以上形成されていてもよい。
【００５３】
ショットキー電極４の平面形状は、たとえば２２０μｍ程度の直径の円形状である。ショットキー電極４において、第１の層４ａはたとえば２５ｎｍ〜５０ｎｍの厚みを有し、第２の層４ｂはたとえば３００ｎｍ程度の厚みを有している。
【００５４】
オーミック電極６は、ＧａＮ基板２の裏面２ｂの全面を覆うように形成されている。このオーミック電極６は、たとえばＴｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕなどのいずれか、またはこれらの２種以上の材料よりなる。オーミック電極６は、たとえば１００ｎｍ〜３４０ｎｍ程度の厚みを有している。
【００５５】
またショットキーバリアダイオード１は、ショットキー電極４およびオーミック電極６の一方から他方へと電流が流れる、縦型構造を有している。一般にパワーデバイスでは、横型構造に比べて縦型構造はより大きな電流を流すことができるので、縦型構造はパワーデバイスにより適した構造である。ショットキーバリアダイオード１ではＧａＮ基板２、ＧａＮ層３が導電性であるため、オーミック電極６を裏面側に形成した縦型構造が可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態では、ＧａＮ基板２の裏面２ｂ側に電極としてオーミック電極６を形成しているが、特にこれに限定されず、ショットキー電極などであってもよい。
【００５７】
続いて、図４を参照して、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。なお、図４は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を工程順に示すフローチャートである。
【００５８】
図４を参照して、まず、基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。この基板準備工程（Ｓ１０）では、ＧａＮ基板２を準備する。このＧａＮ基板２としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばＨＶＰＥ（Hydride  Vapor  Phase  Epitaxy：ハイドライド気相成長）法で作製された、（０００１）面の主表面を有するＧａＮ基板２を準備する。このＧａＮ基板２における転位密度は低いほど好ましく、たとえば１×１０8ｃｍ-2以下であることが好ましく、１×１０7ｃｍ-2以下であることがより好ましく、１×１０6ｃｍ-2以下であることがより一層好ましい。
【００５９】
次に、ＧａＮ層形成工程（Ｓ２０）を実施する。このＧａＮ層形成工程（Ｓ２０）では、ＧａＮ基板２上にＧａＮ層３を形成する。
【００６０】
具体的には、ＧａＮ基板２上に、ＯＭＶＰＥ（Organo-Metallic  Vapor  Phase  Epitaxy：有機金属気相成長）法によりＧａＮ層３を成長させる。このように成長させるＧａＮ層３の転位密度は低いほど好ましく、たとえば１×１０8ｃｍ-2以下であることが好ましく、１×１０7ｃｍ-2以下であることがより好ましく、１×１０6ｃｍ-2以下であることがより一層好ましい。
【００６１】
次に、オーミック電極形成工程（Ｓ３０）を実施する。オーミック電極形成工程（Ｓ３０）では、ＧａＮ基板２の裏面２ｂにオーミック電極６を形成する。
【００６２】
具体的には、たとえば以下の工程を実施する。まず、ＧａＮ基板２の裏面２ｂを有機洗浄および塩酸で洗浄する。その後、たとえばＥＢ（Electron  Beam）蒸着法、抵抗加熱蒸着法などにより、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕなどの金属材料を裏面２ｂの全体に形成する。その後、たとえば窒素雰囲気下で約２分間６００℃で熱処理して、金属材料の合金化を行ない、オーミック電極６を形成する。
【００６３】
このオーミック電極形成工程（Ｓ３０）では、結果的にＧａＮ層３に熱処理をしている。なお、金属層を形成する工程に先立ってＧａＮ層３を熱処理する工程では、熱処理する温度は上記温度に限定されず、たとえば４００℃以上８００℃以下、好ましくは６００℃以上７００℃以下にすることができる。これにより、後述する金属層形成工程（Ｓ４１）で形成する金属層のバリアハイトを向上できるので、ショットキー電極４のバリアハイトを向上することができる。
【００６４】
次に、ショットキー電極形成工程（Ｓ４０）を実施する。このショットキー電極形成工程（Ｓ４０）では、ＧａＮ層３上であり、かつＧａＮ層３と接触する位置に、ＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層４ａ（図３参照）を含むショットキー電極４を形成する。
【００６５】
具体的には、たとえば以下の工程を実施する。フォトリソグラフィーにより、ＧａＮ層３の表面３ａ上に、円形の開口部（パターン）を有するレジストを形成する。その後、塩酸洗浄によるＧａＮ層３の表面処理を、室温で３分間行なう。次いで、ショットキー電極４となるべき金属層を形成する（金属層形成工程（Ｓ４１））。この金属層形成工程（Ｓ４１）では、ショットキー電極４の第１の層となるべきＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の金属層を形成し、この第１の金属層上にＡｕよりなる第２の金属層を形成することが好ましい。この金属層は、任意の方法で形成でき、たとえば第１の金属層をＥＢ法などにより形成でき、第２の金属層を抵抗加熱蒸着法により形成できる。その後、レジストを除去する際に、レジスト上に成膜された金属層は同時に除去され（リフトオフ）、ショットキー電極４となるべき金属層が形成される。この金属層の形状は、たとえば平面形状が円形となるように形成することができる。
【００６６】
その後、この金属層を熱処理する（熱処理工程（Ｓ４２））。熱処理工程（Ｓ４２）を実施することにより、金属層から第１の層を含むショットキー電極４になる。このとき、ＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層４ａのバリアハイトを増加することができるので、ショットキー電極４のバリアハイトは高くなる。
【００６７】
この熱処理工程（Ｓ４２）では、好ましくは３００℃以上６００℃以下、より好ましくは４００℃以上５５０℃以下で金属層を熱処理する。３００℃以上６００℃以下の場合、ＮｉおよびＮｉ合金よりなる第１の層４ａのバリアハイトを増加することができる。４００℃以上５５０℃以下の場合、第１の層４ａのバリアハイトを大きく増加することができる。また、短時間の熱処理でショットキー電極４の第１の層４ａのバリアハイトを増加することができる。なお、金属層形成工程（Ｓ４１）で第１および第２の金属層を形成した場合には、熱処理工程（Ｓ４２）で上記温度での熱処理を行なうことにより、図３に示す第１および第２の層４ａ、４ｂを含むショットキー電極４のバリアハイトがさらに上昇する場合がある。このようにショットキー電極４のバリアハイトを上昇できる金属層（第２の層４ｂ）として、金などの材料が挙げられる。
【００６８】
また熱処理工程（Ｓ４２）では、窒素を含む雰囲気で金属層を熱処理することが好ましい。Ｎ原子は低いエネルギーで遷移しやすいので、ＧａＮ層３に熱が加えられると、ＧａＮ層３の表面３ａにおいてこの熱処理をする雰囲気に露出している領域からＮが抜けやすい。しかし、熱処理する雰囲気に窒素が含まれていると、ＧａＮ層３からＮが抜けにくくなり、またＧａＮ層３から抜けたＮを補うことができる。このため、ＧａＮ層３から抜けるＮを抑制することができる。このため、熱処理工程（Ｓ４２）を行なってもＧａＮ層３にＮが抜けることに起因した転位などの欠陥が形成されることを抑制することができる。したがって、逆方向リーク電流の増加を抑制することができる。
【００６９】
また熱処理工程（Ｓ４２）では、常圧の雰囲気で金属層を熱処理することが好ましい。なお、加圧雰囲気で金属層を熱処理してもよい。
【００７０】
またショットキー電極４を形成する工程では、金属層形成工程（Ｓ４１）と、熱処理工程（Ｓ４２）とを並行して行なうことができる。この場合、熱処理工程（Ｓ４２）では、２００℃以上６００℃以下の温度で金属層を熱処理することが好ましい。具体的には、たとえばＧａＮ層３の表面３ａに金属層を形成し、ＧａＮ基板２の裏面２ｂから加熱する。これにより、ＧａＮ基板２の裏面２ｂからＧａＮ層３の表面３ａに形成される金属層を熱処理することができる。ＧａＮ基板２の裏面２ｂから加熱する方法は特に限定されず、たとえばレーザ光などにより加熱する方法、ＧａＮ基板２裏面２ｂをサセプタに載置して、サセプタに取り付けた熱電対などの加熱部材により加熱する方法などが挙げられる。
【００７１】
なお、金属層形成工程（Ｓ４１）と熱処理工程（Ｓ４２）とは、少なくとも一部の工程を同時に行なうことができればよい。
【００７２】
以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ４０）によって、図１〜図３に示すショットキーバリアダイオード１を製造することができる。このショットキーバリアダイオード１の製造方法では、ＧａＮ基板２上にＧａＮ層３を形成しているので、ＧａＮ層３の転位密度を低減することができる。このため、ショットキーバリアダイオード１に逆方向の電圧が印加されたときに、逆方向リーク電流の発生を抑制することができる。また、ショットキー電極形成工程（Ｓ４０）では、ＮｉまたはＮｉ合金よりなる第１の層がＧａＮ層３と接触するように形成されている。このため、ショットキー電極のバリアハイトを増加することができる。したがって、転位起因のリーク電流を抑制でき、かつショットキー電極のバリアハイトを上昇することにより、ショットキーバリアダイオード１の耐圧を効果的に向上することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。図６は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す一部破断図である。なお、図５は、図６における線分Ｖ−Ｖ線に沿った断面図である。図５および図６に示すように、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード１１は、フィールドプレート（ＦＰ）電極１６と、絶縁層１７とをさらに備えている点において異なる。
【００７４】
具体的には、絶縁層１７は、ＧａＮ層３の表面３ａ上に形成され、内部にショットキー電極４が形成された開口部が形成されている。絶縁層１７は、たとえばシリコン窒化膜（ＳｉＮx）などにより構成されている。
【００７５】
フィールドプレート電極１６は、この絶縁層１７の開口部に位置するショットキー電極４と接続されているとともに、この絶縁層１７に重なるように形成されている。フィールドプレート電極１６は、たとえば平面形状が直径２２０μｍ程度のリング形状である。
【００７６】
フィールドプレート電極１６とショットキー電極４とで電極１５を構成している。つまり、電極１５は、絶縁層１７の開口部の内部においてＧａＮ層３の表面３ａに接触する部分であるショットキー電極４と、絶縁層１７に重なる部分であるフィールドプレート電極１６とを含む。
【００７７】
フィールドプレート電極１６と、絶縁層１７とは、フィールドプレート構造を形成する。このフィールドプレート構造により電界集中を緩和することで、ショットキーバリアダイオード１１の耐圧をさらに向上することができる。以下、フィールドプレート構造について説明する。
【００７８】
絶縁層１７の厚みｔは、１０ｎｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。絶縁層１７の厚みｔが１０ｎｍ以上の場合、絶縁層１７の耐性が低くなることを抑制でき、絶縁層１７が先に破壊されずにフィールドプレート構造の効果が発現される。一方、絶縁層１７の厚みが５μｍ以下であれば、フィールドプレート構造による電界緩和が得られる。
【００７９】
フィールドプレート長Ｌは、１μｍ以上１ｍｍ以下であることが望ましい。フィールドプレート長Ｌが１μｍ以上の場合、フィールドプレート構造の作製が容易となり、フィールドプレート構造の効果が安定して得られる。一方、フィールドプレート長Ｌが１ｍｍ以下の場合、フィールドプレート構造による電界緩和が得られる。
【００８０】
ここで、フィールドプレート長Ｌとは、フィールドプレート電極１６が絶縁層１７と重なる長さである。本実施の形態の場合、フィールドプレート長Ｌとは、ショットキーバリアダイオード１１の、平面形状が円形の電極１５の中心を通る断面において、フィールドプレート電極１６が絶縁層１７と重なっている長さである。つまり、絶縁層１７の開口部の平面形状が円形状であって、電極１５の一部であるショットキー電極４の平面形状が円形である場合、フィールドプレート長Ｌとは、電極１５の半径方向における、フィールドプレート電極１６が絶縁層１７と重なる長さである。さらに言い換えると、フィールドプレート長Ｌとは、ショットキー電極４の平面形状に対する重心と、当該平面形状の外周部上のある一点とを結ぶような直線の方向において、フィールドプレート電極１６が絶縁層１７と重なっている長さをいう。
【００８１】
さらに、図５に示すように、絶縁層１７は、電極１５がＧａＮ層３に接触する部分である開口部に面する、端面１７ａを有している。端面１７ａは、ＧａＮ層３の表面３ａに対し、角度θを形成するように傾斜している。電極１５において絶縁層１７に重なる部分であるフィールドプレート電極１６は、端面１７ａに接着するように、絶縁層１７に重ねられている。
【００８２】
端面１７ａが表面３ａに対し傾斜しているために、フィールドプレート構造による電界緩和の効果を増大させることができる。その結果、ショットキーバリアダイオード１１の耐圧を一層向上させることができる。このような絶縁層１７の端面１７ａの傾斜は、ウエットエッチングやドライエッチングなどによって形成することができる。端面１７ａは、角度θがたとえば０．１°以上６０°以下の範囲であるように形成される。傾斜の角度が０．１°以上の場合、角度の再現性が得やすい。一方、傾斜の角度が６０°以下の場合、電界緩和の効果が大きくなる。
【００８３】
続いて、図７を参照して、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。なお、図７は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を工程順に示すフローチャートである。本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法は、基本的には実施の形態１と同様の構成を備えていたが、絶縁層形成工程（Ｓ５０）、絶縁層エッチング工程（Ｓ６０）およびフィールドプレート電極形成工程（Ｓ７０）をさらに備えている点において異なる。
【００８４】
具体的には、図７に示すように、まず、実施の形態１と同様に基板準備工程（Ｓ１０）およびＧａＮ層形成工程（Ｓ２０）を実施する。
【００８５】
次に、絶縁層形成工程（Ｓ５０）を実施する。この絶縁層形成工程（Ｓ５０）では、ＧａＮ層３上に開口部を有する絶縁層１７を形成する。
【００８６】
具体的には、ＧａＮ層３上に、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition：化学蒸着）により、ＳｉＮxよりなる絶縁層１７を成膜する。絶縁層１７の形成方法は特に限定されないが、プラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。この場合、金属層を形成する工程に先立ってプラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層３上に絶縁層１７を形成している。なお、プラズマＣＶＤ法により絶縁層１７を形成する工程では、たとえば３００℃以上４００℃以下の温度で絶縁層１７を形成する。言い換えると、ＧａＮ層３は、３００℃以上４００℃以下で熱処理される。この場合、絶縁層１７の膜質を向上し、後述する金属層形成工程（Ｓ４１）で形成する金属層のバリアハイトを向上できるので、ショットキー電極４のバリアハイトを向上することができる。
【００８７】
絶縁層１７の膜厚ｔは、たとえば１μｍ程度である。このとき原料ガスとしてたとえば、ＳｉＨ4（モノシラン）、ＮＨ3（アンモニア）、Ｈ2（水素）、Ｎ2などを用いてＳｉＮxを成膜する。なお、ＮＨ3を用いずにＳｉＨ4およびＮ2からＳｉＮxを成膜すれば、絶縁層１７中の水素濃度を低くすることができるので好ましい。
【００８８】
次に、実施の形態１と同様に、オーミック電極形成工程（Ｓ３０）を実施する。
次に、絶縁層エッチング工程（Ｓ６０）を実施する。絶縁層エッチング工程（Ｓ６０）では、絶縁層１７においてショットキー電極４を形成する領域およびフィールドプレート電極１６を形成する領域をエッチングにより除去する。
【００８９】
具体的には、フォトリソグラフィーにより、絶縁層１７上に開口部を有するレジストを形成する。その後、ＢＨＦ（Buffered  Hydrogen  Fluoride：バッファードフッ酸）により、レジストの開口部から露出している絶縁層１７をウエットエッチングする。その後、有機洗浄と、酸素および窒素を含む雰囲気中でのアッシャー処理とによって、レジストの除去を行なう。このようにして絶縁層１７をエッチングし、絶縁層１７に開口部を形成する。この時点で、開口部ではＧａＮ層３が露出している。開口部の側面が、たとえば直径の最大値が２００μｍである円錐台の円錐面形状をなすように、形成することができる。
【００９０】
次に、金属層形成工程（Ｓ４１）および熱処理工程（Ｓ４２）を含むショットキー電極形成工程（Ｓ４０）を実施する。なお、金属層形成工程（Ｓ４１）では、絶縁層エッチング工程（Ｓ６０）において形成した絶縁層１７の開口部の内部にＧａＮ層３と接するように金属層を形成する。
【００９１】
次に、フィールドプレート電極形成工程（Ｓ７０）を実施する。フィールドプレート電極形成工程（Ｓ７０）では、ショットキー電極４に接続するとともに、絶縁層１７に重なるようにフィールドプレート電極１６を形成する。
【００９２】
具体的には、たとえば以下の工程により実施する。絶縁層１７の開口部近傍を除いた領域およびショットキー電極４上に、開口部を有するレジストを形成する。次に、フィールドプレート電極１６となるべき電極材料を、ショットキー電極４に接続するとともに絶縁層１７に重なるように形成する。その後、レジストを除去する際に、レジスト上に成膜された電極材料は同時に除去されて（リフトオフ）、フィールドプレート電極１６を形成することができる。
【００９３】
フィールドプレート電極１６は、ショットキー電極４と同じ材料で形成してもよい。または、絶縁層１７との接着性のよい材料など、ショットキー電極４の材料と異なる材料を用いて、フィールドプレート電極１６を形成してもよい。
【００９４】
以上の工程（Ｓ１０〜Ｓ７０）を実施することによって、図５および図６に示すショットキーバリアダイオード１１を製造することができる。
【００９５】
なお、上述した製造方法は、ショットキー電極４を形成した後にフィールドプレート電極１６を形成する例を説明したが、ショットキー電極４およびフィールドプレート電極１６を同時に形成してもよい。
【００９６】
この場合には、たとえば以下の工程を実施する。開口部を有するレジストを形成し、この開口部にショットキー電極４となるべき金属層と、フィールドプレート電極となるべき電極材料とを蒸着法により形成する。その後、レジストを除去する際に、レジスト上の金属層および電極材料を同時に除去する（リフトオフ）。
【００９７】
これにより、絶縁層１７の開口部の内部においてＧａＮ層３の表面３ａに接触する部分であるショットキー電極４と、ショットキー電極４に接続するとともに絶縁層１７に重なる部分であるフィールドプレート電極１６とを含む電極１５が形成される。つまり、フィールドプレート電極１６の直径が、絶縁層１７に形成された開口部の直径よりも大きいために、絶縁層１７上に電極１５の一部が重なって、フィールドプレート電極１６となっている。
【００９８】
以上より、本実施の形態では、ショットキーバリアダイオード１１およびその製造方法は、ＧａＮ層３上に形成され、内部にショットキー電極４が形成された開口部が形成されている絶縁層１７と、ショットキー電極４に接続するとともに、絶縁層１７に重なるように形成されたフィールドプレート電極１６とをさらに備えている。ＧａＮ層３はＧａＮ基板２上に形成されているので、低転位密度のＧａＮ基板２を準備することで低転位密度のＧａＮ層３を形成することができる。このため、逆方向リーク電流を低減することができる。フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード１１において、逆方向リーク電流が減少しているという条件下で、かつ、高バリアハイトを実現できる熱処理されたＮｉまたはＮｉ合金のショットキー電極を用いるという条件下で、フィールドプレート構造による電界緩和が顕著に起こる。その結果、逆方向リーク電流がさらに減少し、耐圧を上昇させることができる。この効果は、ＧａＮ層３においてショットキー電極４と接触する領域の転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下である場合に、顕著である。
【００９９】
また、本実施の形態では、金属層形成工程（Ｓ４１）に先立って、ＧａＮ層３を熱処理する工程（本実施の形態ではオーミック電極形成工程（Ｓ４１））、およびプラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層３上に絶縁層１７を形成する工程の少なくとも一方を備えている。本発明者は鋭意研究の結果、ショットキー電極４となるべき金属層を形成する前に、ＧａＮ層３を熱処理する、およびプラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層３上に絶縁層１７を形成することにより、その後に形成した金属層のバリアハイトを向上できることを見い出した。このため、ショットキーバリアダイオード１１の耐圧をより向上することができる。この理由について、以下に説明する。
【０１００】
金属層形成工程（Ｓ４１）前にＧａＮ層３を熱処理（たとえば６００℃以下）する場合には、熱処理によりＧａＮ層３の表面状態が変化する。そのことにより金属層形成工程（Ｓ４１）後の熱処理においてショットキー界面の状態が変化するようになり、バリアハイトの上昇が得られると考えられる。その結果、金属層形成工程（Ｓ４１）後の熱処理においてショットキー界面の状態が変化するようになり、バリアハイトの上昇が得られると考えられる。
【０１０１】
プラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層３上に絶縁層１７を形成する場合には、プラズマＣＶＤ成膜によりプラズマにＧａＮ層３の表面３ａが晒されることでＧａＮ層３の表面状態が変化する。そのことにより金属層形成工程（Ｓ４１）後の熱処理においてショットキー界面の状態が変化するようになり、バリアハイトの上昇が得られると考えられる。
【０１０２】
さらに、熱処理においてＧａＮ層３上に絶縁層１７が形成されている方が、ＧａＮ層３の表面３ａのＮ抜け等も起こりにくい。これにより、金属層形成工程（Ｓ４１）後の熱処理においてショットキー界面の状態が変化するようになり、バリアハイトの上昇が得られると考えられる。
【０１０３】
したがって、金属層形成工程（Ｓ４１）に先立って、ＧａＮ層３を熱処理する工程、およびプラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層３上に絶縁層１７を形成する工程の少なくとも一方を備えることにより、金属層のバリアハイトを大幅に上昇でき、ショットキー電極４のバリアハイトを大幅に向上することができる。また、ＧａＮ層３を熱処理する工程、およびプラズマＣＶＤ法によりＧａＮ層３上に絶縁層１７を形成する工程の両方を備えることにより、ショットキー電極４のバリアハイトをより大幅に向上できるため、好ましい。
【０１０４】
（実施の形態３）
図８は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。図８を参照して、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード２１は、実施の形態２のショットキーバリアダイオード１１と基本的には同様の構成を備えているが、ＧａＮ基板を備えていない点において異なる。
【０１０５】
具体的には、ショットキーバリアダイオード２１は、支持基板２３と、ＧａＮ下地層２２と、ＧａＮ層３と、電極１５と、絶縁層１７と、オーミック電極６とを備えている。ＧａＮ層３においてショットキー電極４と接触する領域３ｃの転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下であり、好ましくは１×１０7ｃｍ-2以下であり、より一層好ましくは１×１０6ｃｍ-2以下である。
【０１０６】
支持基板２３は、導電性の基板である。この支持基板２３上にＧａＮ下地層２２が形成されている。このＧａＮ下地層２２上にＧａＮ層３が形成されている。なお、支持基板２３とＧａＮ下地層２２とは、オーミック接触している。また、支持基板２３が金属の場合、オーミック電極６は省略されてもよい。その他の構成については、実施の形態２と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１０７】
続いて、図９を参照して、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。なお、図９は、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法を工程順に示すフローチャートである。本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法は、基本的には実施の形態２と同様の構成を備えていたが、基板準備工程（Ｓ１０）の代わりに、貼り合わせ基板準備工程（Ｓ８０）を備えている点において異なる。
【０１０８】
具体的には、実施の形態２の基板準備工程（Ｓ１０）と同様に、ＧａＮ基板２を準備する（基板準備工程（Ｓ８１））。次に、イオン注入工程（Ｓ８２）で、ＧａＮ基板２の表面２ａまたは裏面２ｂから不純物をイオン注入する。これにより、ＧａＮ基板２の表面２ａまたは裏面２ｂ近傍に不純物を多く含む層が形成される。次に、支持基板形成工程（Ｓ８３）で、イオン注入した面と支持基板２３とを貼り合わせる。次に、熱処理工程（Ｓ８４）で、ＧａＮ基板２と支持基板２３とが貼り合わされた状態で熱処理する。これにより、ＧａＮ基板２における不純物を多く含む領域を境界として、分割される。その結果、支持基板２３と、支持基板２３上にＧａＮ基板２よりも薄いＧａＮ下地層２２が形成された貼り合わせ基板を作成することができる（貼り合わせ基板準備工程（Ｓ８０））。この場合、高価なＧａＮ基板２の一部のみを使用して、残部を再利用できるので、製造コストを低減することができる。
【０１０９】
次に、ＧａＮ層形成工程（Ｓ２０）では、ＧａＮ下地層２２上にＧａＮ層３を形成する。このＧａＮ層３において後述するショットキー電極と接触する領域の転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下である。
【０１１０】
次に、実施の形態２と同様に、絶縁層形成工程（Ｓ５０）、オーミック電極形成工程（Ｓ３０）、絶縁層エッチング工程（Ｓ６０）、ショットキー電極形成工程（Ｓ４０）およびフィールドプレート電極形成工程（Ｓ７０）を実施する。
【０１１１】
以上の工程（Ｓ３０〜Ｓ８０）を実施することにより、図８に示すショットキーバリアダイオード２１を製造することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、ＧａＮ基板２を用いてＧａＮ下地層２２を形成し、さらにＧａＮ下地層２２を用いてＧａＮ層３を形成したが、特にこれに限定されない。
【０１１３】
また、本実施の形態では、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード２１を例に挙げて説明したが、本発明のショットキーバリアダイオードはフィールドプレート構造を有していなくてもよい。
【０１１４】
以上より、本実施の形態におけるショットキーバリアダイオード２１およびその製造方法は、ＧａＮ層３においてショットキー電極４と接触する領域３ｃの転位密度は、１×１０8ｃｍ-2以下である。本発明者は、ＧａＮ層３におけるショットキー接合する領域３ｃの転位密度が低いほど、逆方向リーク電流が低減でき、かつ逆方向リーク電流を効果的に低減できる領域３ｃの転位密度が１×１０8ｃｍ-2以下であることを見出した。このため、逆方向リーク電流を低減することができる。また、本発明者は、ショットキー接合するショットキー電極４の材料がＮｉまたはＮｉ合金の場合、熱処理されることによってバリアハイトを効果的に増加できることを見出した。このため、ショットキー電極４のバリアハイトを向上することができる。したがって、ショットキーバリアダイオード２１に逆バイアスを印加したときに、転位による逆方向リーク電流が少ないため、ショットキー電極４のバリアハイトの上昇により、ショットキーバリアダイオード２１の耐圧を向上することができる。
【実施例１】
【０１１５】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮ層を備え、ＧａＮ層と接触しているショットキー電極の材料がＮｉであることの効果について調べた。【０１１６】
（本発明例１）
本発明例１のショットキーバリアダイオードは、図５および図６に示す実施の形態２のショットキーバリアダイオード１１の製造方法にしたがって、製造した。【０１１７】
具体的には、基板準備工程（Ｓ１０）では、ＨＶＰＥ法で作製され、主表面が（０００１）面のｎ型ＧａＮ自立基板を準備した。このＧａＮ基板は、１×１０6ｃｍ-2以下の転位密度を有し、３×１０18ｃｍ-3のキャリア濃度を有し、４００μｍの厚みを有していた。【０１１８】
次に、ＧａＮ層形成工程（Ｓ２０）では、ＯＭＶＰＥ法により、ＧａＮ基板上にｎ型ＧａＮ層３をエピタキシャル成長した。このＧａＮ層３は、１×１０6ｃｍ-2の転位密度を有し、１×１０16ｃｍ-3のキャリア濃度を有し、５μｍの厚みを有していた。【０１１９】
なお、上記転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定した値とした。【０１２０】
次に、絶縁層形成工程（Ｓ５０）では、プラズマＣＶＤによりＳｉＮxよりなる絶縁層１７を成膜した。この絶縁層１７は、０．５μｍの厚みを有していた。【０１２１】
次に、オーミック電極形成工程（Ｓ３０）では、以下の工程を実施した。まず、ＧａＮ基板２の裏面２ｂを有機洗浄および塩酸洗浄をした。その後、ＧａＮ基板２の裏面２ｂに、ＥＢ蒸着法と抵抗加熱蒸着法とにより、２０ｎｍの厚さのＴｉ、１００ｎｍの厚さのＡｌ、２０ｎｍの厚さのＴｉ、および２００ｎｍの厚さのＡｕをこの順で積層した。この金属層を形成した後に、窒素を含む雰囲気中、６００℃で２分間、この金属層を熱処理して、合金化をした。これにより、オーミック電極６を形成した。【０１２２】
次に、絶縁層エッチング工程（Ｓ６０）では、以下の工程を実施した。まず、フォトリソグラフィを用いて絶縁層１７上にパターニングを行なった。その後、ＢＨＦにより絶縁層１７のウエットエッチングを行なった。次いで、有機洗浄処理にて、レジストを除去した。これにより、絶縁層１７をエッチングし、絶縁層１７に開口部を形成した。この開口部の側面が、直径の最大値が２００μｍである円錐台の円錐面形状をなすように形成された。
【０１２３】
次に、ショットキー電極形成工程（Ｓ４０）およびフィールドプレート電極形成工程（Ｓ７０）を以下のように同時に行なった。まず、フォトリソグラフィーを用いて、絶縁層１７上に開口部を有するレジストを形成した。その後、塩酸での洗浄により、ＧａＮ層３および絶縁層１７の表面を洗浄した。次いで、５０ｎｍの厚みを有するＮｉをＥＢ蒸着法により、ＧａＮ層３に接触する位置（つまり、絶縁層１７の開口部）および絶縁層１７の上に形成した。そして、３００ｎｍの厚みを有するＡｕを抵抗加熱蒸着法により、Ｎｉ上に形成した。次いで、レジストを除去することにより、ＧａＮ層３と接触する位置および絶縁層１７の上にＮｉおよびＡｕが積層した金属層を形成した（Ｓ４１）。【０１２４】
その後、金属層を窒素雰囲気中、４５０℃で、２分間熱処理を行った（Ｓ４２）。これにより、絶縁層１７の開口部の内部においてＧａＮ層３の表面３ａに接触する部分であるＮｉよりなる第１の層４ａと、Ａｕよりなる第２の層４ｂとを含むショットキー電極４と、ショットキー電極４に接続するとともに絶縁層１７に重なる部分であるフィールドプレート電極１６とを含む電極１５を形成した。電極１５の直径が、絶縁層１７に形成された開口部の直径よりも大きいために、絶縁層１７上に電極１５の一部が重なった、フィールドプレート電極１６とした。以上より、図５に示す本発明例１のショットキーバリアダイオードを製造した。【０１２５】
（比較例１）
比較例１のショットキーバリアダイオードの製造方法は、本発明例１のショットキーバリアダイオードにおいて、金属層を熱処理しなかった点においてのみ異なっていた。【０１２６】
（比較例２）
図１０は、比較例２のショットキーバリアダイオードを概略的に示す断面図である。図１０に示すように、比較例２のショットキーバリアダイオード１０１は、ＧａＮ基板の代わりにサファイア基板１０２を用いた点において異なっていた。サファイア基板を用いた場合、サファイア基板１０２が絶縁体のため、縦型構造のショットキーバリアダイオードは作製できない。よって図１０に示すように、横型構造によるフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード１０１を作製した。【０１２７】
図１０に示すショットキーバリアダイオード１０１の具体的な製造方法は以下の通りである。【０１２８】
まず、基板準備工程として、サファイア基板１０２を準備した。
次に、ＧａＮ層形成工程として、サファイア基板１０２上に、１×１０16ｃｍ-3のキャリア密度を有し、５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層３を、ＨＶＰＥ法により成長した。このとき図１０に示すＧａＮ層３の転位密度は、１×１０9ｃｍ-2であった。【０１２９】
次に、絶縁層形成工程では、ＧａＮ層３の表面３ａにおいて外周側の領域以外の領域上に、フィールドプレート構造を形成する絶縁層１１７を形成した。絶縁層１１７を形成する条件は、本発明例１と同様にした。【０１３０】
次に、オーミック電極形成工程では、以下の工程を実施した。フォトリソグラフィーにより、絶縁層１１７上に開口部を有するレジストを形成した。その後、本発明例１と同様に、有機洗浄および塩酸洗浄し、ＧａＮ層３の表面３ａ上に本発明例１と同様の金属層を形成した。その後レジストを除去する際に、レジスト上に成膜された電極材料を同時に除去する、リフトオフを行った。その後、本発明例１と同様に、合金化を行ない、オーミック電極１０６を形成した。【０１３１】
次に、絶縁層エッチング工程では、本発明例１と同様に行なって、絶縁層１１７に開口部を形成した。【０１３２】
次に、本発明例１と同様にショットキー電極形成工程およびフィールドプレート電極形成工程を実施した。これにより、絶縁層１１７の開口部の内部においてＧａＮ層３の表面３ａに接触する部分であるショットキー電極１０４と、ショットキー電極１０４に接続するとともに絶縁層１１７に重なる部分であるフィールドプレート電極１１６とを含む電極１１５を形成した。【０１３３】
（比較例３）
比較例３のショットキーバリアダイオードの製造方法は、比較例２のショットキーバリアダイオードの製造方法において金属層を熱処理しなかった点においてのみ異なっていた。【０１３４】
（比較例４）
比較例４のショットキーバリアダイオードの製造方法は、比較例１のショットキーバリアダイオードの製造方法において１×１０7ｃｍ-2の転位密度を有するＧａＮ基板を用いた点においてのみ異なっていた。このため、比較例４のＧａＮ層の転位密度は１×１０7ｃｍ-2であった。【０１３５】
（測定方法）
本発明例１および比較例１〜４のショットキーバリアダイオードについて、逆バイアスを印加したときの耐圧をそれぞれ測定した。逆方向耐電圧の測定方法としては、高耐圧プローバーを用いてフッ素系不活性液体中に浸漬させた状態で電流と電圧とを測定するという方法を用いた。本発明例１および比較例１〜４のショットキーバリアダイオード耐圧は、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ2の電圧とした。その結果を下記の表１および図１２に示す。なお、図１２は、金属層形成後に熱処理を行なわなかった比較例１、３および４の電圧（逆方向電圧）と電流（電流密度）との関係を示す図である。図１２中、横軸は、逆方向電圧（単位：Ｖ）を示し、縦軸は、電流密度（単位：Ａ／ｃｍ2）を示す。【０１３６】
【表１】
0005531959.tif 000002
【０１３７】
（測定結果）
表１に示すように、ＧａＮ基板上にＧａＮ層を形成し、かつ金属層の熱処理を行なった本発明例１のショットキーバリアダイオードの耐圧は、６０５Ｖと非常に高かった。【０１３８】
また、熱処理工程（Ｓ４２）を行なわなかった比較例１は、本発明例１と比べ耐圧が低かった。このことから、熱処理工程（Ｓ４２）を実施することにより、ショットキー電極４のバリアハイトを増加できるので、耐圧を向上できることがわかった。【０１３９】
さらに、比較例２および３は、サファイア基板上にＧａＮ層３を形成したので、ＧａＮ層３の転位密度が高かった。このため、逆方向リーク電流が増加したので、耐圧が低かった。このことから、ＧａＮ基板２上にＧａＮ層３を形成することで、ＧａＮ層３においてショットキー電極と接触する領域の転位密度を１×１０6ｃｍ-2と低くすることにより、逆方向リーク電流を低減できるので、耐圧を向上できることがわかった。【０１４０】
また、転位密度の低いＧａＮ層３を備えていた本発明例１は、転位密度の高いＧａＮ層を備えていた比較例２よりも４７５Ｖの耐圧を向上することができた。このことから、転位密度を低減することによって、逆方向リーク電流を減少することで、耐圧を向上することができることがわかった。
【０１４１】
さらに、熱処理をせず、かつ転位密度の低いＧａＮ層を備えていた比較例１は、熱処理をせず、かつ転位密度の高いＧａＮ層を備えていた比較例３よりも１５６Ｖの耐圧を向上することができた。このことから、熱処理をして、かつ転位密度を低減することで、耐圧を向上できること、および、ＧａＮ層３の転位密度による逆方向リーク電流の増加が耐圧に支配的な要因であることがわかった。【０１４２】
また、熱処理工程を実施した比較例２と熱処理工程を実施しなかった比較例３とを比べて、熱処理を行なうことにより向上できる耐圧は３０Ｖであった。一方、熱処理工程（Ｓ４２）を実施した本発明例１と熱処理工程を実施しなかった比較例１とを比べて、熱処理工程（Ｓ４２）を実施することにより向上できる耐圧は３４９Ｖであった。このことから、熱処理工程（Ｓ４２）によりショットキー電極のバリアハイトを増加させることと、ＧａＮ層３の転位密度を低減することとにより、耐圧を大幅に向上できることがわかった。【０１４３】
また、図１２に示すように、ＧａＮ基板２およびＧａＮ層３の転位密度が１×１０6ｃｍ-2の転位密度を有する比較例１と、ＧａＮ基板２およびＧａＮ層３の転位密度が１×１０7ｃｍ-2の転位密度を有する比較例４とは、電流密度と逆方向電圧との関係はほぼ同じであり、かつ耐圧も同程度であった。一方、ＧａＮ基板２およびＧａＮ層３の転位密度が１×１０7ｃｍ-2の転位密度を有する比較例４は、ＧａＮ基板２およびＧａＮ層３の転位密度が１×１０9ｃｍ-2の転位密度を有する比較例３に比べて、電流密度と逆方向電圧との関係は大きく異なり、かつ耐圧も向上していた。この結果から、ＧａＮ層３の転位密度を１×１０7ｃｍ-2以下に低減することにより、ショットキーバリアダイオードに逆バイアスを印加されたときに、逆方向リーク電流を効果的に減少できることがわかった。【０１４４】
なお、比較例１の金属層に熱処理をした本発明例１は、比較例１よりも耐圧を大幅に向上できたという結果と、比較例１および比較例４の耐圧が同程度であったという結果とから、比較例４の金属層に熱処理をした本発明例は本発明例１と同程度の高い耐圧を実現できると考えられる。【０１４５】
以上より、本実施例によれば、ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮ層を備え、ＧａＮ層と接触しているショットキー電極の材料がＮｉであることにより、逆方向リーク電流を低減し、かつショットキー電極のバリアハイトを増加できるので、耐圧を向上できることを確認した。なお、ショットキー電極の材料がＮｉ合金である場合には、Ｎｉである場合と同様の効果を有することは推定できる。
【実施例２】
【０１４６】
本実施例では、ショットキー電極がＮｉであることにより、バリアハイトを増加できる効果について調べた。【０１４７】
（試料１〜４）
試料１〜４のショットキーバリアダイオードは、本発明例１と同様に製造したが、金属層形成工程（Ｓ４１）および熱処理工程（Ｓ４２）のみ異なっていた。具体的には、金属層形成工程（Ｓ４１）では、Ｎｉを２５ｎｍ形成した後に、Ｎｉ上にＡｕを３００ｎｍ形成した。また、試料１〜４の熱処理工程（Ｓ４２）では、熱処理温度を、それぞれ３００℃、４００℃、５００℃および５５０℃とした。また、熱処理時間は１分とした。【０１４８】
（試料５〜８）
試料５〜８のショットキーバリアダイオードは、第１の金属層としてＰｔ（白金）を形成し、この第１の金属層上に第２の金属層としてＡｕを形成した点、および熱処理工程（Ｓ４２）での熱処理温度を、３００℃、４００℃、５００℃および６００℃とした点においてのみ試料１〜４と異なっていた。【０１４９】
（試料９）
試料９のショットキーバリアダイオードは、比較例２において第１の金属層としてのＮｉの厚みを２５ｎｍとした点のみ異なっていた。つまり、試料１〜４の製造方法において熱処理工程（Ｓ４２）を実施しなかった。【０１５０】
（試料１０）
試料１０のショットキーバリアダイオードは、試料５〜８の製造方法において熱処理工程（Ｓ４２）を実施しなかった。【０１５１】
（測定方法）
試料１〜１０のショットキーバリアダイオードのショットキー電極について、バリアハイトを測定した。バリアハイトの測定方法は、順方向のＩ−Ｖ特性から導出した。その結果を図１１に示す。なお、図１１は、本実施例において熱処理温度とバリアハイトの高さとの関係を示す図である。図１１中、横軸は、熱処理工程（Ｓ４１）において金属層を熱処理した温度（単位：℃）を示し、縦軸は、バリアハイトの高さ（単位：ｅＶ）を示す。【０１５２】
（測定結果）
図１１に示すように、第１の層がＮｉであるショットキー電極を形成した試料１〜４は、第１の層がＰｔであるショットキー電極を形成した試料５〜８に比べて、熱処理工程（Ｓ４２）を実施することにより、バリアハイトを増加することができた。【０１５３】
また、第１の層がＮｉであるショットキー電極を形成した試料１〜４は、４００℃以上５５０℃以下で熱処理することによって、バリアハイトを大きく増加させることができた。【０１５４】
なお、本実施例では熱処理工程（Ｓ４１）の熱処理時間を１分としたので、３００℃では、十分に効果が得られていない。しかし、熱処理時間を１分を超える長時間にすることで、バリアハイトを向上できるという知見を本発明者は得ている。このため３００℃以上６００℃以下で熱処理をすることによりショットキー電極４のバリアハイトを増加することができる。言い換えると、４００℃以上５５０℃以下で熱処理すると、短時間で安定してショットキー電極４のショットキーバリアハイトを増加させることができるので、製造効率がよい。また４００℃以上５５０℃以下で熱処理すると、５５０℃を超えて６００℃以下で熱処理する場合と比較して、熱処理に時間をかけることができるので、ショットキー電極４の特性をより安定にできる。【０１５５】
以上より、本実施例によれば、ショットキー電極がＮｉであると、熱処理をすることによりショットキー電極のバリアハイトを増加できることが確認できた。【０１５６】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５７】
１，１１，２１  ショットキーバリアダイオード、２  ＧａＮ基板、２ａ，３ａ  表面、２ｂ  裏面、３  ＧａＮ層、３ｃ  領域、４  ショットキー電極、４ａ  第１の層、４ｂ  第２の層、６  オーミック電極、１５  電極、１６  フィールドプレート電極、１７  絶縁層、１７ａ  端面、２２  下地層、２３  支持基板、Ｌ  フィールドプレート長、ｔ  膜厚、θ  角度。
【図１】
0005531959.tif 000003
【図２】
0005531959.tif 000004
【図３】
0005531959.tif 000005
【図４】
0005531959.tif 000006
【図５】
0005531959.tif 000007
【図６】
0005531959.tif 000008
【図７】
0005531959.tif 000009
【図８】
0005531959.tif 000010
【図９】
0005531959.tif 000011
【図１０】
0005531959.tif 000012
【図１１】
0005531959.tif 000013
【図１２】
0005531959.tif 000014